防忘帶鑰匙檢測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

張行文++董元和等

摘要： 很多人都有出門忘記帶鑰匙的經(jīng)歷，這是一件非常麻煩的事情。該文介紹了基于RFID技術(shù)的鑰匙卡檢測裝置的設(shè)計原理與實現(xiàn)方法，通過在門框上安裝防忘帶鑰匙的檢測裝置，開門時即啟動讀卡程序，在一定的距離范圍內(nèi)尋找事先存有ID號的鑰匙卡。如果沒有檢測到相應(yīng)的鑰匙卡，則發(fā)出報警提醒，以達(dá)到提醒人們沒有帶鑰匙的功能。該檢測裝置體積小，靈敏度高，除了可以用于出門忘帶鑰匙的檢測報警提醒外，還可以用于其他方面，如防盜等，具有一定的實用和推廣價值。

關(guān)鍵詞： 射頻識別；鑰匙；檢測；報警

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）23-0156-03

在日常生活當(dāng)中，我們許多人都有過忘帶鑰匙的經(jīng)歷，尤其對于獨居的人來說，忘帶鑰匙是一件非常麻煩的事情。如果在門上安裝一個提醒裝置，出門時沒有帶鑰匙，提醒裝置會發(fā)出報警，這樣會避免沒有帶鑰匙的事件發(fā)生。有些人做過相關(guān)的研究，設(shè)計出各種出門提醒裝置。

針對這一問題，很多研究者給出了許多有效的解決方法。其中有一個實用新型專利--進(jìn)出門鑰匙存取語音提示裝置[1]，是基于傾斜傳感器技術(shù)、遵循ZigBee協(xié)議的無線單片機(jī)技術(shù)、語音錄放技術(shù)開發(fā)出進(jìn)出門鑰匙存取語音提示功能。當(dāng)門打開時，本裝置將自動語音播報預(yù)先錄制好的提示音。另外一個實用新型專利--智能忘帶忘拔鑰匙忘關(guān)門提醒裝置[2]，包括：檢測器、智能控制器和鑰匙應(yīng)答器。檢測器安裝在房門上或房門附近；智能控制器由第一接收電路、報警電路、自動撥號電路、鍵盤輸入電路、第一發(fā)射電路和分別與它們相連接的第一智能控制電路組成，它安裝在房門上或房門附近；鑰匙應(yīng)答器由第二接收電路、第二發(fā)射電路和分別與它們相連接的第二智能控制電路組成，它與鑰匙組裝在一起；檢測器與第一智能控制電路相連接。還有一個發(fā)明專利--防忘帶鑰匙門[3]，為了有效地拓展防盜門的功能，實現(xiàn)提醒忘記帶鑰匙，特意將原有的防盜門和鑰匙串上分別設(shè)計安裝一個感應(yīng)裝置，當(dāng)打開門時，防盜門上的感應(yīng)裝置檢測鑰匙串上的感應(yīng)裝置的位置，如果鑰匙不在1米范圍以內(nèi)則發(fā)出提醒警報聲，解決出門時忘記帶鑰匙的問題。

本系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，在Arduino Nano平臺進(jìn)行開發(fā)。RFID模塊選用MF522-AN，讀卡器選用MF RC522，構(gòu)成系統(tǒng)的各個模塊體積小，更適合智能家居。

1 技術(shù)背景

射頻識別（RFID）技術(shù)是一種重要的新興的自動識別技術(shù)。由于RFID不需要視距通信，能夠承受嚴(yán)酷的物理環(huán)境，并能保證低成本和高效能操作以及多標(biāo)簽的同時識別能力。因此它具有條形碼技術(shù)、光學(xué)字符識別系統(tǒng)、智能卡和生物測定學(xué)（聲音、指紋和視網(wǎng)膜識別）等其他識別系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點[4]。

Arduino是源自意大利的一個開發(fā)源代碼的硬件項目平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套程序開發(fā)環(huán)境軟件。學(xué)生完全可以通過查資料、買元件、做PCB、焊電路、制作自己的Arduino硬件模塊；同時很多廠商也開發(fā)了各種各樣的Arduino外圍功能電路供學(xué)生選擇，無論是電機(jī)驅(qū)動、無線通信、音樂播放，還是各種傳感器，這些均為學(xué)生在學(xué)習(xí)和設(shè)計與自動控制、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)相關(guān)的知識提供了不同的學(xué)習(xí)途徑。并且使得學(xué)習(xí)電子知識變得相對容易。另外Arduino的代碼語法簡單易懂，對于學(xué)過C語言程序設(shè)計甚至沒有任何編程經(jīng)驗的讀者來說，Arduino程序也是簡單易讀的。程序開發(fā)環(huán)境的軟件則可以從網(wǎng)上免費下載與使用[5]。

Arduino Nano是一款A(yù)rduino產(chǎn)品，在設(shè)計中去掉了直流電源接口，采用Mini-B標(biāo)準(zhǔn)的USB接口來連接電腦，控制器采用ATmega328。程序開發(fā)環(huán)境采用Arduino1.0.4。

2 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 元器件選用及其作用

本系統(tǒng)選用MF RC522讀寫卡芯片、S50鑰匙扣卡、人體感應(yīng)模塊，如圖1所示。插座、干簧管、帶鎖開關(guān)、蜂鳴器、發(fā)光二極管、光敏傳感器、按鍵，如圖2所示。

RFID-RC522模塊：用于感應(yīng)人經(jīng)過時是否帶了已存儲了ID碼的相應(yīng)RFID標(biāo)簽。人體感應(yīng)模塊：通過感應(yīng)人釋放出的紅外線，判斷附近有沒有人。

干簧管：用于檢測門是否是開著的。蜂鳴器：用于報警。發(fā)光二極管：用于在設(shè)定模式下提示信息。按鍵：用于進(jìn)行設(shè)定操作。

3 系統(tǒng)的使用測試

3.1系統(tǒng)啟動

通過USB接口和計算機(jī)連接，系統(tǒng)通電后三個發(fā)光二極管依次循環(huán)顯示3

次，表示系統(tǒng)正常工作。

3.2設(shè)置家人的鑰匙扣卡

按下按鍵，將家人的鑰匙扣卡依次放在MF RC522讀寫卡上。系統(tǒng)自動地將這些

鑰匙卡的ID號存入EPROM中。最后，再次按下按鍵存儲結(jié)束。

3.3檢測報警

將干簧管和磁鐵分開（實際上干簧管安裝在門框上，磁鐵安裝在門上），即門被打開。此時系統(tǒng)啟動人體感應(yīng)模塊檢測程序，如果檢測到附近有人時，接下來會啟動讀卡程序。如果檢測不到自家的鑰匙扣卡時，蜂鳴器會連續(xù)發(fā)聲，直到人離開。

4 結(jié)語

通過測試，系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了預(yù)期的功能。開門時，檢測到有人并且沒有檢測到自家的鑰匙扣卡，會自動報警。達(dá)到了出門忘帶鑰匙的提醒目的。

由于實驗中使用S50的鑰匙扣卡是無源的，RC522讀卡器探測的距離不到2cm，所以當(dāng)鑰匙扣卡距讀卡器超過這個距離時，讀卡器檢測不到鑰匙扣卡。但在實際生活中，鑰匙扣卡和讀卡器都會超過這個距離。所以系統(tǒng)還有待完善。如果自行設(shè)計天線，可以將13.56MHz的讀卡器有效讀卡距離拓展到60cm，實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離識別，極大地提高了RFID的應(yīng)用性能[6]。使用自行設(shè)計的天線，本系統(tǒng)就可以得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周曼，鄒志勇.進(jìn)出門鑰匙存取語音提示系統(tǒng)[S].實用新型專利 申請?zhí)?201220204614.8，2012.12.05.

[2] 葉培治.智能忘帶忘拔鑰匙忘關(guān)門提醒裝置[S].實用新型專利 申請?zhí)?201120300895.2，2011.08.11.

[3] 呂玉蘭.防忘帶鑰匙門[S].發(fā)明專利 申請?zhí)?01110331722.1， 2013.05.08.

[4] Yan Zhang，Laurence T Yang，Jiming Chen.RFID與傳感器網(wǎng)絡(luò)：架構(gòu)、協(xié)議、安全與集成[M]. 謝志軍，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.1-6.

[5] 程晨. Arduino開發(fā)實戰(zhàn)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：1-8.

[6] 劉欣，楊暉，嵇正華，等.遠(yuǎn)距離RFID天線設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2005，101（5）：82-83.